Силовая установка

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 2 51) ИЕ ИЗОБРЕТ У соедипепнун с парогенср;пор 1 ч 11, к к-р 1 лу выходом подключен кондепс ппый пасси 12. Между баком 13 и Т 5 рдзлегцеп.коппс исатор 14. Иарогепердтор установлен н ч;1- гистрали 15 выпуска отработан 1 пих гд ив турбокомпрессора (ТК), и Т 4 вклкчепд в эту магистраль между ТК и пдрогепсрдтороч. Вдл Т 5 выполнен составным из трс х Участков; участок т 1 юип, п)1 и-роч сг 111 пидены Т 2, 4 и 5, промежуточный лчдсгок, пд к-ром устаиовлеп маховик 16, и участок пасоса, па к-ром установлен пдсос 6 и кочпрессор 3 ТК. чалки связдпь 1 чеждл сспои через унрдвляечыс муфты 17, 18. Вдл ТК наддува м. б. выполиеп здодпо с состдвпым валом Т 5. Маховик л 1. б. сопряжеп с промежуточным участком через обгоппую чуфту, а муфта 17 м. б. выполнена цеитрс 1 ежпой либо в виде с 1 н сто 11 и я об гоп п 1 й и центробежной муфт Использовдпие чдховика позволяет снизить в,1 ияпипд дипдчические характеристики и присчистость лс гдповки важпого в этом отпошепии фдкт 1 рд зиачительпой инерции рдзгоппых чдсс. Кроме того, раскрученный маховик может рд и- гнать с места до рдбочсй частоты врдпгепид подключаемые к нему дгрсдты за чиним. промежуток времепи. 3 з. и. ф-,ы, 3 ил. ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМ,/ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Завод-втуз при Московском автомобильпом заводе им. И. А. Лихачева(57) Изобрстепие отпосится к области создапия двигателей впутреипего сгорания с идддувом и утилизацией тепла отработавпих газов. Цель изобретения сокрашепие длительности переходных процессов устаповки. Силовая газовая турбипа (Т) 4 и динамический насос 6 гидравлической передачи расположены ца валу паровой Т 5. Обечиый роторно-поршневой гидравлический дви 1 атель 7 кипематически соединен с колспчдтыч валом двигателя 1 виутренпего сгораиия )п)средством чуфты 8. К трубо. пр 1 н)оду 9, связываюнему между собой элечепты гидравлической передачи, подключен п 1 дродккумулятор 1 О. Утилизационная паротурбиппдя устдповкд вкчкчает в себя Т 5,02 В 37 00, Г 02 С 5 02Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а конкретно . - к области создания двигателей внутреннего сгорания с наддувом и ути. лизацией тепла отработавших газов.1 ель изобретения -сокращение продолжительности переходных процессов силовой установки.На фиг.изображена принципиальная схема силовой установки; на фиг. 2 - ва. риант выполнения вала турбокомпрессора заодно с составным валом паровой турби. ны; на фиг. 3 промежуточный участок вала с маховиком и управляемыми муфтами.Силовая установка (фиг. 1) содержит двигатель 1 внутреннего сгорания (ДВС), снабженный турбокомпрессором наддува, состоящим из турбины 2 и компрессора 3. Силовая газовая турбина 4 расположена на валу паровой турбины 5 и на том же валу расположен динамический насос 6 гидравлической передачи. Насос выполнен центро. бежным. Объемный роторно-поршневой гидравлический двигатель 7 кинематически соединен с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания посредством муфты 8. К трубопроводу 9, связывающему между собой элементы гидравлической передачи, подключен гидроаккумулятор 10. Утилизацион. ная паротурбинная установка включает в себя паровую турбину 5, которая соединена с парогенератором 11, при этом конденсатный насос 12 установки подключен своим выходом к парогенератору 11, а входом к баку 13. Между баком и паровой турбиной размещен конденсатор 14. Парогенератор установлен в магистрали 15 выпуска отработавших газов турбокомпрессора, а силовая газовая турбина 4 включена в ту же магистраль между турбокомпрессороми парогенератором. Вал паровой турбины 5 выполнен составным из трех участков: участка турбин, на котором установлены силовая газовая турбина 4 и паровая турбина 5, промежуточного участка, на котором установлен маховик 16; участка насоса, на котором установлен насос 6, при этом участки связаны между собой через управляемые муфты 17 и 18.Вал турбокомпрессора наддува выполнен заодно с составным валом паровой турбины (фиг. 2). При этом турбина 2 турбокомпрессора расположена на участке турбин, а компрессор 3 турбокомпрессора - на участке насоса. В результате такой компоновки образуется энергетический блок, в который включены агрегаты, преобразующие теплоту в работу, и энергопотребляющий блок, в который включены агрегаты, потребляющие работу для создания напора.Объединение и установка агрегатов данным образом объясняется тем, что у пары силовая газовая 4 и паровая 5 турбины динамический насос 6 режим работы и недостатки, соответствующие этому режиму,5 10 5 20 25 30 35 40 45 50 55 аналогичны режиму и недостаткам пары турбокомпрессора наддува, т. е. рабочая частота вращения турбины 2 турбокомпрессора, а также внешняя и нагрузочная характеристики соответственно аналогичны частоте вращения и характеристикам газовой силовой 4 и паровой 5 турбин. Сходны также режимы работы турбин в зависимости от работы всей установки (т. е. наиболее благоприятный и эффективный режим при работе установки в установившихся условиях на максимальной мощности, медленный разгон и недостаточная работоспособность турбин при работе силовой установки на переходных режимах). В той же степени (как и для турбин 2, 4 и 5) сходны рабочие параметры и режимы для компрессора 3 и насоса 6, т. е. внешние и нагрузочные характеристики, а также условия работы в зависимости от режима работы силовой установки (компрессор и динамический насос на переходных и номинальных режимах должны обеспечивать постоянную мощность и производительность).Как в варианте по фиг. 1, так и в варианте по фиг. 2 участки вала связаны между собой через управляемые муфты. Муфта 17, связывающая промежуточный участок с участком турбин, может быть выполнена центробежной, как показано на фиг. 3, или может быть выполнена в виде сочетания обгонной муфты 19 и центробежной муфты 17, причем обгонная муфта размещается между центробежной муфтой и участком турбин. При этом маховик 6 сопряжен с промежуточным участком через вторую обгонную муфту 20.Силовая установка работает следующим образом.При запуске ДВС 1 отработавшие газы через турбину 2 турбокомпрессора по магистрали 15 начинают поступать в возрастающем количестве на лопатки силовой газовой турбины 4, постепенно раскручивая ее до номинальной частоты вращения, равной порядка 60.000 об/мин. Пройдя силовую газовую турбину 4, отработавшие газы попадают в парогенератор 11, где утилизируется их тепло, первичное парообразование и соответственно разгон паровой турбины 5 до той же частоты, равной порядка 60.000 об/мин. Центробежная муфта 17 выполнена такой, что ее замыкание,т. е. начало работы на нагрузку, происходит только при достижении турбинами рабочей частоты вращения. До этого центробежная муфта 17 разомкнута и обеспечивает (в отсутствии внешнего момента сопротивления) быстрый разгон силовой газовой 4 и паровой 5 турбин и их вывод на оптимальный режим. При замыкании центробежной муфты 17 турбины начинают работать одновременно на разгон маховика 16 и насоса 6 Первоначальный момент разгона происходит за счет пробуксовки центробежной муфты 17.Муфта 18 служит для сохранения энергии маховика 16. Механизм включения муфты 18 связан с органами управления силовой установкой, например с педалью сцепления, и при торможении установки одновременно происходит выключение сцепления и отключение раскрученного маховика 16 и турбин от нагрузки. При включении сцепления соответственно включается и муфта 18.Если между промежуточным участком вала и участком турбин установлено сочетание из центробежной муфты 17 и обгонной муфты 19, то при включенной муфте 8 блок турбин через обгонную муфту 19 соединен с блоком преобразователей энергии. В период разгона турбины обладают некоторым запасом моцности и крутящего момента, поэтому рентабельно их подклкчение к насосу 6 и компрессору 3 для обеспечения определенной производительности этих агрегатов при неподвижном маховике 16. Однако запас мощности турбин на разгоне недостаточен еше и для раскрутки маховика, поэтому обгонная муфта 19 позволяет турбинам работать на потребителя без раскрутки маховика 16. При достижении турбинами номинальных оборотов, как и в случае схемы по фиг. 3, за счет замыкания центробежной муфты 17 происходит раскрутка маховика 16 и последующая одновременная работа турбин на маховик 16 и нагрузку. В последующий после торможения момент разгона, т. е. когда маховик 16 раскру. чен и его число оборотов значительно превосходит число оборотов силовых турбин, вторая обгонная муфта 19 позволяет уже маховику 16 независимо работать на насос 6 и компрессор 3.Номинальный режим работы силовой установки характеризуется наличием большого количества горячих отработавших газон ДВС, что в свою очередь определяет эффективную работу всех агрегатов установки, утилизирующих энергию этих газов. Поэтому на номинальных режимах, когда силовая газовая 4 и паровая 5 турбины работают с максимальной моццостью и эффективностью, к ним через центробежную муфту 17 в качестве дополнительной нагрузки подключается маховик 16. После подключения маховика 16 к турбинам 4 и 5 происходит его раскрутка до рабочей частоты турбин, что составляет порядка 60.000 - 100.000 об/мин. Таким образом, часть механической энергии, вырабатываемой силовой газовой 4 и паровой 5 турбинами, запасается в виде кинетической энергии врацаюшегося маховика.При работе силовой установки на переходных режимах (например, при разгоце) наблюдается падение ее мощности по сравнению с номинальным режимом, вызванное отсутствием достаточного количества горя.чих отработавших газов ДВС, что приводит к неработоспособности систем, утилизирую 51 О15 45 50 55 20 25 30 35 40 ших энергию этих газов (турбокомц 1 ессора, силовой газовой турбины 4, пдротрбиц ной установки 5 и парогенератора 1), и вызывает падение мощности непосредственно самого ДВС в связи с падением коэффициента наполнения и отсутствием крутяпего момента на валу ДВС от газовой сил- вой 4 и паровой 5 турбин. Для компец. сации дефицита мощности цд переходных режимах и используется энергия разогцдццого ца номинальных режимах маховика 16 Эта энергия потребляется динамическим насосом 6 гидросистемы и посредством роторно-поршневого гидравлического двигателя 7 передается ца коленчатый вдл двигателя 1. Таким образом, цри компоновке сцло. вой установки (фиг.), т. е. црц под ключении маховика 6 только к силовой газоной турбине 4, паровой турбин 5 и динамическому насосу 6, частичная компенсация дефицита мощности силовой улдцо ки на переходных режцмдх идет зд счег восстановления дополнительного крутяцгего момента на валу ДВС от роторно-по(тцп ного гидравлического двигателя 7.Дополнительный крутяпцй момент и развиваемая мощность, снимаемые разогнанного маховика, сглаживакг цеблаго. приятный вид рабочих характеристик цдеоса 6 и компрессора 3 прц работе устдшц. ки на переходных режимах, так как происходит восстановление це только дополнительного крутящего момента ца валу ДВС 1 от роторно-поршневого двигателя 7 гидро- системы, но и не происходит потери мопности самого ДВС 1 в связи с падением коэффициента наполнения, так как дднлецце наддува на переходных режимах соответствует давлению на номинальных режимах работы ДВС 1 и своей силовой установки, вследствие высокопроизводительной работы компрессора 3 за счет энергии махоника 16. Использование в предлагаемой силовой установке механического накопителя энергиимаховика 16 значительно снижает влияние на динамические характеристики ц приемистость силовой установки второго немаловажного в этом отношении фактора значительной инерции разгонцых масс (трц турбинных и два насосных колеса), определяющих затяжной характер разгона силовой установки. Отличительной способцолью накопительной энергии, и в частнотц маховика 16, является возможность переддчц потока энергии теоретически любой моцности, т. е. практически это означает, что рдс. крученный маховик 16 может разогцдть е места до рабочей частоты врдпения подключаемые к нему агрегаты за миццмдльццц промежуток времени (т. е. обспечцндег мдк симальцое хскорецие).,л, 1,1ир, к 56 1 о.ниин Б 111111 1 оудар(и нноо комитета С;ХР ио делам изобретений и открытий 11,3 З 5. Мосина, Ж З 5, Раунекая наб, д. 4,5 1 р и ноттниги ияли рафич(екое иредириитие. г Ужгород, ул. Гроектная, 4,Ч. 112)М 1, с)т.ьичию 4 а.ьг,ч тем, что, с ье ьыю чь.ра пьпня и рдол житльности перходных црисов, л( гановка снабжена маховикс)м и и;, парвй ьурбины ыпс)лцн составным из )рх учакон. участка турбин, промежуточь( лч;сгка и уч;ьстка насоса, причм махвик лсь; цлсц ца цролежуточном участ,ь и уча ьки свя ;ць мсжду собой чсрез 1 О л пь; .ял ьнм уф г ь. ль;пьовк; и и 1, отлчин)иичгч тем,ц,ьл окмьр(.ссорь а,1,ьувь вы)лис н заодно с составныл валом паровой турбины, причем турбина турбокомпрессора расположена на участке турбин, а компрессор турбоком прессора на участке насоса.3 Установка по пп.и 2, отяичаюи 4 аяся тел, что управляел(ая муфта, связывающая иромжуточцый участок с участком турбин, выполнена центробежной.4. Установка по пп.и 2, отличаюачг тем, что маховик сопряжен с про. мсжуьо цым участком через обгонную муфту, ; упр;вляемая ллфта, связывающая промежуьоьцььй хчасток с участком турбин, выполина и ви,ье со стация обгонной и цент рбсжьий льу)т.